(57)【要約】【課題】短時間で層間絶縁膜の膜種の切り替えを行うことができ、異常な膜形成を防止する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置のチャンバー１０内のステージ電極１１上に基板１２を配置し、チャンバー１０内にＳｉＨ４ガス、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスを供給し、ステージ電極１１に高周波電力を供給することでチャンバー１０内にプラズマ放電を生じさせて基板１２上にシリコン窒化膜を形成し、次に、ＳｉＨ４ガスの供給を停止し、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスの供給を継続してプラズマ放電を継続し、その後、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスの供給を停止し、チャンバー１０内にＮ２Ｏガスを供給してプラズマ放電を継続し、その後、チャンバー１０内にＮ２Ｏガスが供給されたプラズマ放電の状態下で、チャンバー１０内に再びＳｉＨ４ガスを供給してシリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内に基板を配置し、
前記チャンバー内に第１の層間絶縁膜形成用の複数種のガスを供給し、プラズマ放電により前記基板上に第１の層間絶縁膜を形成し、
前記第１の層間絶縁膜形成用の複数種のガスの中、第１の層間絶縁膜形成に直接寄与するガスの供給を停止し、第１の層間絶縁膜形成に直接寄与しないガスの供給を継続してプラズマ放電を継続させ、
前記第１の層間絶縁膜形成に直接寄与しないガスの供給を停止し、第２の層間絶縁膜形成用の複数種のガスの中、第２の層間絶縁膜形成に直接寄与しないガスを前記チャンバー内に供給してプラズマ放電を継続させ、
第２の層間絶縁膜形成用の複数種のガスの中、第２の層間絶縁膜形成に直接寄与するガスを前記チャンバー内に供給して前記第１の層間絶縁膜上に第２の層間絶縁膜を形成することを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。
【請求項２】
前記第１及び第２の層間絶縁膜形成に直接寄与するガスはシラン系ガスであることを特徴とする請求項１に記載の層間絶縁膜の形成方法。
【請求項３】
前記第１の層間絶縁膜形成に直接寄与しないガスはＮ２ガス及びＮＨ３ガスであり、前記第２の層間絶縁膜形成に直接寄与しないガスはＮ２Ｏガスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の層間絶縁膜の形成方法。
【請求項４】
プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内の電極上に基板を配置し、
前記チャンバー内にシラン系ガス、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスを供給し、
前記電極に高周波電力を供給することで前記チャンバー内にプラズマ放電を生じさせて前記基板上にシリコン窒化膜を形成し、
シラン系ガスの供給を停止し、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスの供給を継続してプラズマ放電を継続し、
Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスの供給を停止し、前記チャンバー内にＮ２Ｏガスを供給してプラズマ放電を継続し、
前記チャンバー内にＮ２Ｏガスが供給されたプラズマ放電の状態下で、前記チャンバー内にシラン系ガスを供給して前記シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成することを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、層間絶縁膜の形成方法に関するものであり、特に異なる材質の層間絶縁膜をプラズマＣＶＤにより連続成膜する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路や液晶表示装置の分野において、異なる材質の層間絶縁膜をプラズマＣＶＤ装置により連続成膜する層間絶縁膜の形成方法が知られている。例えば、液晶表示装置では、ガラス基板上にＴＦＴ(Thin Film Transistor)が形成され、このＴＦＴと上層のアルミニウム等から成るドレインラインの間を絶縁するための層間絶縁膜として、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）とをプラズマＣＶＤにより連続成膜した層間絶縁膜が用いられている。
【０００３】
プラズマＣＶＤ装置による上記層間絶縁膜の形成ステップは、次の（１）、（２）、（３）のステップである。
【０００４】
（１）第１層間絶縁膜形成準備：  プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内に基板を配置し、シリコン窒化膜を形成するためのガスである、シラン系ガス（例えば、ＳｉＨ４）、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスをこのチャンバー内に供給し、ガスが安定化するまで待機する。
（２）第１層間絶縁膜形成：  チャンバーに高周波電力を供給し、プラズマ放電により、基板上に第１層間絶縁膜として、シリコン窒化膜を形成する。
（３）第２層間絶縁膜形成：  シリコン窒化膜を形成するためのガス種から、シリコン酸化膜を形成するためのガス種である、シラン系ガス（例えば、ＳｉＨ４）、Ｎ２Ｏガスにガス種を切り換えるとともに、プラズマ放電を継続させる。これにより、シリコン窒化膜上に第２層間絶縁膜として、シリコン酸化膜を連続成膜する。
【特許文献１】特開平１１−１８６２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の層間絶縁膜の形成方法では、層間絶縁膜の膜種を切り替える時に、ガス種の切り替えとプラズマ放電を同時に行っているために、ガス種の切り替えの多少のずれによって、所望の層間絶縁膜と異なる膜が形成されてしまう問題があった。例えば、上述の例では、シラン系ガスがチャンバー内に残った状態で、Ｎ２Ｏガスが導入される前に、Ｎ２ガス及びＮＨ３ガスが排気されると、チャンバー内にはシラン系ガスだけが残された状態でプラズマ放電が継続されるため、シリコン窒化膜上にアモルファスシリコン膜が形成されてしまう。
【０００６】
すなわち、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の界面にアモルファスシリコン膜が薄く形成されることになる。すると、このアモルファスシリコン膜により透過型液晶表示装置の透過率が低下したり、アモルファスシリコン膜内にキャリアが生成され、このキャリアが移動することによって表示不良が生じるという問題があった。
【０００７】
この問題を解決するためには、層間絶縁膜の膜種を切り替える時に、新たなガス導入と高周波によるプラズマ放電を一時停止し、古いガスを十分排気した後に新しいガスを供給し、チャンバー内のガスが安定した後に、高周波によるプラズマ放電を再び開始することが考えられる。しかしながら、この方法では、プラズマ放電を一時停止しているので層間絶縁膜の膜種を切り替えに長時間を要するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、短時間で層間絶縁膜の膜種の切り替えを行うことができ、アモルファスシリコン膜のような異常な膜形成を防止することができる層間絶縁膜の形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の層間絶縁膜の形成方法は、プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内に基板を配置し、前記チャンバー内に第１の層間絶縁膜形成用の複数種のガスを供給し、プラズマ放電により前記基板上に第１の層間絶縁膜を形成し、前記第１の層間絶縁膜形成用の複数種のガスの中、第１の層間絶縁膜形成に直接寄与するガスの供給を停止し、第１の層間絶縁膜形成に直接寄与しないガスの供給を継続してプラズマ放電を継続させ、前記第１の層間絶縁膜形成に直接寄与しないガスの供給を停止し、第２の層間絶縁膜形成用の複数種のガスの中、第２の層間絶縁膜形成に直接寄与しないガスを前記チャンバー内に供給してプラズマ放電を継続させ、第２の層間絶縁膜形成用の複数種のガスの中、第２の層間絶縁膜形成に直接寄与するガスを前記チャンバー内に供給して前記第１の層間絶縁膜上に第２の層間絶縁膜を形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、短時間で層間絶縁膜の膜種の切り替えを行うことができ、異常な膜形成を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の薄膜形成方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の薄膜形成方法に用いるプラズマＣＶＤ装置の構成図である。チャンバー１０の底部にステージ電極１１が配置され、このステージ電極１１上にガラスや半導体等から成る基板１２が載置される。ステージ電極１１には高周波電源１３から高周波電力が供給される。また、チャンバー１０の側壁には第１のガス供給管１４、第２のガス供給管１５、第３のガス供給管１６、が接続され、それぞれ第１のバルブＢ１、第２のバルブＢ２、第３のバルブＢ３によって外部からチャンバー１０内へのガスの供給と停止が制御される。また、チャンバー１０の側壁には排気管１７が接続され、チャンバー１０内のガスを排気可能に構成されている。
【００１２】
以下で、図２に示すように基板１２上にシリコン窒化膜２１とシリコン酸化膜２２を連続成膜する方法について説明する。まず、プラズマＣＶＤ装置のチャンバー１０内のステージ電極１１上に基板１２を配置する。そして、排気管１７に接続された不図示の真空ポンプによりチャンバー１０内の空気を排気してチャンバー１０内を真空状態とする。そして、第１のバルブＢ１を開け、第１のガス供給管１４からチャンバー１０内にシラン系ガスのＳｉＨ４ガスを供給するとともに、第２のバルブＢ２を開け、第２のガス供給管１５からチャンバー１０内にＮ２ガス及びＮＨ３ガスを供給する。
【００１３】
チャンバー１０の容量（上部電極（図示せず）と下部電極（ステージ電極１１）間の容量）がおよそ４０００ｃｃ程度であればＳｉＨ４ガスの流量は、１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガスの流量は３０００ｓｃｃｍ〜６０００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスの流量は５００ｓｃｃｍ〜２０００ｓｃｃｍである。また、チャンバー１０内の圧力は０．５Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒである。
【００１４】
チャンバー１０内に供給される上記ガスが安定した後、ステージ電極１１に高周波電源１３から５００Ｗ〜２０００Ｗの高周波電力を供給することでチャンバー１０内にプラズマ放電を生じさせると、ＳｉＨ４ガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３の化学反応が起こり、基板１２上にシリコン窒化膜２１が気相成長される。
【００１５】
次に、第１のバルブＢ１を閉じてＳｉＨ４ガスの供給を停止し、第２のガス供給管１５からのＮ２ガス及びＮＨ３ガスの供給を継続してプラズマ放電を継続する。チャンバー１０内に残留しているＳｉＨ４ガスは排気管１７を通して外部へ排気される。
【００１６】
次に、第２のバルブＢ２を閉じてＮ２ガス及びＮＨ３ガスの供給を停止するとともに、第３のバルブＢ３を開け、第３のガス供給管１６からチャンバー１０内にＮ２Ｏガスを供給してプラズマ放電を継続する。このとき、チャンバー１０内に残留しているＮ２ガス及びＮＨ３ガスは、Ｎ２Ｏガスによって追い出される形で、排気管１７を通して外部へ排気される。
【００１７】
そして、チャンバー１０内にＮ２Ｏガスが供給されたプラズマ放電の状態下で、第１のバルブＢ１を再び開けてチャンバー１１内にＳｉＨ４ガスを供給する。すると、ＳｉＨ４とＮ２Ｏの化学反応が起こり、シリコン窒化膜２１上にシリコン酸化膜２２が気相成長される。
【００１８】
本実施形態によれば、シリコン窒化膜２１の形成後は、薄膜形成に直接寄与するガス種（単独ガスでも膜形成が可能）であるＳｉＨ４ガスの供給を停止し、薄膜形成に直接寄与しないガス種（単独ガスでは膜形成が不可能）であるＮ２ガス、ＮＨ３ガスあるいはＮ２Ｏガスで高周波プラズマ放電状態を維持しているので、アモルファスシリコン膜のような異常な膜形成を生じさせることなく、短時間での膜種切り替えが可能である。
【００１９】
なお、本実施形態によれば、基板１２上にシリコン窒化膜２１、シリコン酸化膜２２の順番でそれらを連続形成しているが、逆に、基板１２上にシリコン酸化膜２２、シリコン窒化膜２１の順番でそれらを連続形成することもできる。この場合も同様に、シリコン酸化膜２２の形成後は、ＳｉＨ４ガスの供給を停止し、Ｎ２Ｏガスにより高周波プラズマ放電状態を維持する。そして、Ｎ２Ｏガスの供給を停止してチャンバー１０から排気するとともに、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガスを導入して高周波プラズマ放電状態を維持する。その後、チャンバー１０内にＳｉＨ４ガスを供給してシリコン酸化膜２２上にシリコン窒化膜２１を形成する。また、本実施形態ではシリコン窒化膜とシリコン酸化膜という２層の薄膜を連続成膜しているが、同様の方法でさらに多層の薄膜を連続成膜することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の薄膜形成方法に用いるプラズマＣＶＤ装置の構成図である。
【図２】本発明の薄膜形成方法により形成された層間絶縁膜の断面図である。
【図１】
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【図２】
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